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        提高真空泵性能的八個措施


        圖1為真空泵的工作原理圖,具體工作流程會在下面內容中詳細介紹:

        真空泵的工作原理

        圖1 真空泵的工作原理

        1.吸氣口 2.液環流 3.泵體中心 4.葉輪中心 5.泵體 6.葉輪 7.排氣口


        1、真空泵進口調節閥的作用

        真空泵一般是用來抽真空的,但是并不是所有的場合均要求真空度越低越好,而有的場合是要求控制在某一需要的真空度范圍內,或者是真空泵的泵腔內壓力過低,泵腔內會發生嚴重的汽蝕,造成泵的振動、噪聲過大而影響使用的時候,可以在泵的吸氣區域增加一個真空調節閥,在上述情況發生時,可以適當打開調節閥以緩和振動和噪聲的影響,或者是降低真空度,達到需要的真空度要求。這是為了更加合理地應用真空泵的一種方法。

        2、大氣噴射器的作用

        任何液體在任何溫度下均存在一個汽化壓力,水環式真空泵的極限真空度,和真空泵液環流液體飽和蒸汽壓有關,飽和蒸汽壓高的介質,真空泵的極限真空度越低,反之,極限真空度越高。從圖1我們可以看出,真空泵在1-5的吸氣過程中,該腔體內形成了真空狀態,由道爾頓定律可知,液環在葉輪的攪拌下,我們認為空腔1-5內充滿了液環流的飽和蒸汽壓和吸入氣體的壓力的和,當吸入氣體量為零時,真空泵的吸入壓力最低,真空度最高,這時1-5腔內的壓力即為液環的飽和蒸汽壓。所以真空泵進口的最低絕對壓力一定是作為液環介質在該溫度下的飽和蒸汽壓力值。
        大氣噴射器作用原理

        圖2 大氣噴射器作用原理


        如果在液環介質不變的情況下,我們可以通過在真空泵進口處安裝大氣噴射裝置提高液環泵的真空度,如圖2,當真空泵剛開始抽吸被抽氣體時,這時被抽氣體的真空度較低,我們打開圖2中的閥門1,關閉閥門2,當被抽氣體的壓力變低后,降到60~30mmHg的壓力時,打開閥門2,關閉閥門1,這時因為被抽氣體的系統壓力較低,較大的壓差使外界的大氣或者來自氣液分離器的氣體從閥門2進入大氣噴射器,氣體會快速的通過大氣噴射器的噴嘴,在噴嘴內氣流速度進一步加快,噴嘴后壓力迅速降低,以至形成噴嘴后的高真空,由于噴嘴后的低壓腔和被抽氣體相通,這樣被抽氣體會進一步被泵抽走,被抽氣體的空腔內會形成更高的真空度,而真空泵的抽氣量會增加,真空泵內的真空度反而會降低,這樣還會有效改善泵腔內低壓造成的汽蝕、振動和噪音等問題。

        圖3是加大氣噴射器后被抽系統的真空度變化圖,由圖可以看出,增加大氣噴射器后,被抽系統的真空度會變得很高,但是泵的功率基本沒有變化,說明大氣噴射器作用進提高被抽系統極限真空度,泵的軸功率不變。

        大氣噴射器對真空泵性能的改變

        3 大氣噴射器對真空泵性能的改變


        需要說明的是,大氣噴射器的作用不僅是提高了被抽系統的真空度,當泵在非常低的壓力下工作時,泵腔內會產生汽蝕現象,會使泵的振動和噪音增加,利用大氣噴射器不僅可以使真空泵不需要在很抵的壓力下工作,而且對提高真空泵運行的平穩性也是非常重要的。
        我們以水作為液環泵的工作液時,當水溫上升到30℃,在真空度8kPa(abs)附近時泵腔內就會發生汽蝕。如果在泵的吸氣口串聯上大氣噴射器就會使泵在1.3~2 kPa(abs)內穩定運行,此時真空泵腔內的運行壓力為13 kPa(abs) 左右,不發生汽蝕。大氣噴射器靠大氣或者真空泵排出的氣體驅動,而不需要任何動力。

        3、補充工作液系統對真空泵性能的影響

        補給工作液必須是連續不斷的進行。但是以何種方式進行補給工作液,補給工作液的流量、壓力是如何確定的,才能提高真空泵的性能。

        4、用降低工作液溫度的方法提高真空度和抽氣組

        知道液體的汽化壓力和液體的溫度有很大的關系,溫度高,汽化壓力高,導致泵的真空度低,所以降低工作液的溫度是有利于提高泵的真空度的,對于較高溫度的工作液,我們需要通過換熱降低工作液溫度的方法來提高真空泵的真空度。如圖4。我們以水為例,水在20℃飽和蒸汽壓為0.0233bar,水在50℃飽和蒸汽壓為0.1234bar,飽和蒸汽壓提高了5倍多。

        用換熱器降低工作液溫度

        圖4 用換熱器降低工作液溫度

        1.真空泵 2.氣水分離器 3.冷卻器


        液環的溫度對泵的氣量影響很大,真空度越高時這種影響也越明顯,水溫升高,氣量下降,定量的變化可以用下列公式進行計算:
        Qt=Q15*(P1-Pt)/(P1-P15) (1)
        其中:
        Qt—水溫為t℃時的氣量(m3/min)
        Q15--水溫為15℃時的氣量(m3/min)
        P1—水環泵吸入壓力(mmHg)
        Pt—水溫為t℃時的飽和蒸汽壓(mmHg)
        P15--水溫為15℃時的飽和蒸汽壓(mmHg)
        由此可見,水環泵的液環溫度對真空泵的真空度、氣量均有影響,所以降低水環泵的液環溫度是非常必要的。

        5、用不同的工作液來提高真空泵的性能

        水和油的汽化壓力,在相同的溫度下,差別較大。我們分別用水和油作為水環泵的液環,泵的口徑分別為50、80mm,從圖5可以看出,在300mmHg的壓力以上的點水作為真空泵的液環和油作為真空泵的液環基本上具有相同的抽氣量,但是在低于300mmHg以下的壓力點,我們看到油環的吸入氣量要大于水環,并且壓力越低越明顯。并且水環的極限真空壓力是20mmHg,而油環的極限真空壓力為4mmHg左右,相差較大。
        從上圖可以很明顯看出,液環的飽和蒸汽壓對提高液環泵極限真空度關系密切。

        真空泵氣量與壓力關系性能曲線

        5 真空泵氣量與壓力關系性能曲線


        6、從不同的位置補液提高真空泵的性能

        看圖1,在真空泵腔內,①~⑤為泵體內的低壓腔區域,而⑦~11為高壓腔區域,假如補液口位置在低壓區,那么外界的供液可以通過泵本身的自吸方式實現補液,對補液壓力要求較低。如果在高壓腔補液,那么補液壓力須大于泵腔內的壓力才能進行泵腔內的補液,否則工作液得不到及時補充,就會造成氣體從壓縮腔回流到吸入腔,影響真空泵的性能。經過多次驗證發現,利用泵自吸的方式進行補液,對泵的性能有降低作用,因為泵在吸入腔處進行補給液或從葉輪端面進行補液,工作液已經開始工作了一段時間(從工作液壓縮氣體完成時為起點),也就是能量有了一定的損失,再加上這時補液會對液環產生沖擊損失,也減少了工作液對氣體的有效做功,消耗了一部分能量。如果把補液放在圖1的11氣室位置,補給液獲得了充分的能量,并在幾乎沒有能量損失的情況下參與下一輪的吸、排氣過程,所以在高壓腔 位置補液對提高真空泵性能是有好處的。

        但是并不是補液的壓力越高越好,經過驗證壓力一般在1~1.5bar的壓力是較合理的,否則壓力太高,補充的液體過多,使得液體占據了抽吸氣體的空間,真空泵的抽氣量和排氣壓力都會降低,同時泵輸送的液體量增加,所以軸功率會增大,泵效率降低,同時有振動和噪聲產生,并周期性地從泵的排氣口排出大量的水。

        7、合理的補充工作液且提高真空泵性能


        工作液的補給量在什么情況下最為合理,讓真空泵處于一種最佳的運行狀態,可以通過計算的方式來確定補給液的量。
        有人常常認為,只有動力損失部分才轉換為熱,對干輸送氣體的泵則不然,它是把軸功率全部轉化為熱。
        通過計算,可以很清楚地對真空進行補液,這種合理的補液,可以充分發揮液環的作用,把真空泵壓縮氣體產生的熱及時排出泵腔外,保證真空泵液環的溫度不會大幅升高,對液環泵的葉輪和泵體間的間隙進行有效的密封,提高真空泵的容積效率,及時補充隨氣體排出泵腔外的工作液,潤滑軸封等作用,同時提高真空泵的運行可靠性、平穩性和效率。

        8、特殊的氣液分離裝置提高溶解性氣體的利用率

        液環泵的突出優點就是可以輸送有毒、有害、易燃和易爆的氣體,不會對環境和人造成傷害,另一突出優點是液環泵的壓縮過程可以認為是等溫壓縮的,這樣對干易燃、易爆氣體的壓縮不會發生燃燒和爆炸的危險.但是如果抽送的氣體溶解于液環中,那么液環泵的抽氣量會發生變化,越容易溶解在液環中的氣體,氣體體積變化越大,抽送的氣體量越少,所以針對這種情況,為了盡可能回收溶干液環中的氣體,氣液分離器可設置為如圖6所示的結構。從圖中可以看出,從真空泵排出的氣體首先進入一級氣水分離器,并且被排出的氣體從這個分離器中排出,飽含溶解氣體的工作液被輸送到下一級低壓氣水分離器,由于壓力的降低,溶解在液體中的氣體被釋放出來,被釋放的氣體輸送到泵的進口,參與循環。由于工作液的循環使用,從下一級分離器分離出來的液體壓力變得很低,需要用泵增壓再對真空泵進行補液。

        對溶解性氣體的特殊分離

        圖6 對溶解性氣體的特殊分離

        1.真空泵 2.氣水分離器 3.低壓氣水分離器 4.泵 5.冷卻器


        結語

        從上述的有關真空泵的敘述中可以看出,真空泵的性能改善措施有多種,僅列舉了應用過程中的幾種較為典型的幾種方法,關于設計方面有關改善和提高真空泵性能的方法,如關于泵體與葉輪端面的間隙對真空泵性能的影響,轉速的變化對真空泵性能的改變等等,在應用中的具體情況可以加以區別利用,這對提高真空泵的性能,提高真空泵運行的平穩性和可靠性會起到一個積極的作用。



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